DE68912387T2

DE68912387T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Wasser durch wechselnde elektromagnetische Frequenzen.

Info

Publication number: DE68912387T2
Application number: DE68912387T
Authority: DE
Inventors: Dwain Morse
Original assignee: Aqua Dynamics Group Corp
Current assignee: Aqua Dynamics Group Corp
Priority date: 1988-04-20
Filing date: 1989-04-05
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: JPH0243983A; EP0338697A1; DE68912387D1; AU605686B2; EP0338697B1; US4963268A; BR8901815A; CA1338534C; AU3303089A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Behandlung von Wasser oder anderen Flüssigkeiten zum Zweck der Verhütung von Rost und von Kesselsteinbildung an verschiedenen, die Flüssigkeit berührenden Oberflächen. Insbesondere schafft die Erfindung ein elektromagnetisches Wasserbehandlungsverfahren und -system, bei dem Wasser mittels eines elektromagnetischen Signals behandelt wird, dessen Frequenz so bestimmt worden ist, daß optimale Absorption und/oder Emission von Energie bei der speziellen atomaren oder molekularen Substanz erzielt wird, die in dem System vorhanden ist.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar, wo die Verhütung oder der Abbau von Rost oder Kesselstein gewünscht wird. Somit wird die Erfindung hier beschrieben mit besonderer Bezugnahme auf die Verhinderung oder den Abbau von Rost und/oder Kesselstein. Es ist jedoch zu würdigen, daß die Erfindung breitere Anwendbarkeit hat und in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden kann, einschließlich praktisch jeder Anwendung, in der elektromagnetische Energie verwendet wird, um eine Verminderung in der biologisch/chemischen Sauerstoffanforderung zu erzielen; um die Ionisation oder Reaktivität anderer Elemente einschließlich, aber sicherlich nicht begrenzt auf Kupfer, Gold, Kohle und Platin zu verändern; um die elektromechanischen Charakteristiken von Wasser oder anderen Flüssigkeiten zu ändern; oder um die Löslichkeit verschiedener Substanzen in Wasser oder Flüssigkeit zu steuern.
Der Stand der Technik ist voll von elektromagnetischen Wasserbehandlungsmethoden und -einrichtungen. Viele solche Verfahren und Einrichtungen verwenden elektromagnetische Energie fester Frequenz. Beispiele solcher Einrichtungen mit fester Frequenz sind beschrieben in den US- Patentnummern 4 659 479, 4 347 133, 4 228 323, 4 365 975, 4 582 629, 2 939 830, 4 151 090, 4 427 544, 4 407 719 und 3 715 305.
Einige andere US-Patente beschreiben spezielle Verfahren und/oder Einrichtungen, die elektromagnetische Energie verschiedener und/oder gemischter Frequenzen verwenden. Z.B. beschreibt das US-Patent 3 511 776, erteilt an Avampato, ein Verfahren zur Verwendung verschiedener Wellenlängen elektromagnetischer Energie, meist innerhalb des ultravioletten und Röntgenstrahlenspektrums, um ionische Arten in einem Fließwassersystem dazu zu bringen, empfindlicher gegenüber der Anziehungskraft eines darauffolgenden magnetischen Feldes zu werden.
Das US-Patent 3 625 884, erteilt an Waltrip, beschreibt ein Abwasserbehandlungsverfahren, das mehrfache Signalgeneratoren verwendet, um gleichzeitig Audiofrequenz- und/oder Radiofrequenzenergie mit einer Anzahl verschiedener Frequenzen zu erzeugen. Der Frequenzausgang jedes separaten Signalgenerators muß auf der Basis des Mineralstoffsgehalts des unbehandelten Abwassers ausgewählt werden.
Das US-Patent 4 365 975, erteilt an Williams et al, beschreibt ein Verfahren zur Rückgewinnung von Alkalimetallbestandteilen aus Reststoffen der Kohlenvergasung, in dem die Reststoffe einer elektromagnetischen Energie im Radiofrequenz-Mikrowellenbereich (0,1 bis 10&sup5; Mhz) ausgesetzt werden. Solche elektromagnetische Bestrahlung soll die Extraktion des Metalls erleichtern.
Zusätzlich beschreibt das US-Patent 3 767 545, erteilt an Lucero, eine Einrichtung, die ultraviolette Bestrahlung verwendet, um gewisse Ionen empfindlicher gegenüber magnetischer Anziehung zu machen. Lucero stellt fest, daß theoretisch eine bevorzugte Wellenlänge für jedes Ion existiert, das empfindlicher gegenüber magnetischer Anziehung gemacht werden soll. Lucero verwendet einen separaten Magnet und einen Wirbel erzeugenden Apparat, um unerwünschte Ionen aus einem fließenden Wasserstrom abzutrennen.
Die DE-A-63 844 zeigt ein Verfahren zur Verhütung von Verkrustung oder Kesselsteinbildung auf einer Oberfläche, die in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, indem man elektrischen Strom in einen isolierten Draht leitet, der die Flüssigkeit eingetaucht ist, oder in dem man durch die zu behandelnde Oberfläche elektrischen Strom leitet. Die Literaturstelle bestätigt, daß eine Korrelation zwischen der Menge elektromagnetischer Energie existiert, die von der Flüssigkeit absorbiert wird, und der Verhütung von Kesselsteinbildung auf der zu schützenden Oberfläche. Sie erwägt jedoch nicht, einen Strom direkt in die Flüssigkeit einzuführen mit Hilfe einer leitenden Sonde.
Im allgemeinen verwenden die Verfahren und Einrichtungen des Standes der Technik elektromagnetische Energie, um verschiedene Effekte auf atomare und molekulare Substanzen auszuüben, die in einer Lösung oder Suspension enthalten sind. Einer der angeführten Vorteile vieler solcher elektromagnetischer Einrichtungen der Standes der Technik ist, daß sie die Notwendigkeit für das Hinzufügen chemischer Wirkstoffe für die Wasserbehandlung eliminieren oder verringern. Jedoch haben sich viele der Verfahren und Einrichtungen aus dem Stand der Technik als nur minimal oder gelegentlich wirksam in gewissen Anwendungen erwiesen. Außerdem sind die Einrichtungen und Verfahren vom Stand der Technik in vielen Fällen verworren durch technische Komplexität, was solche Einrichtungen und Verfahren teuer in der Herstellung und schwierig für den Einsatz macht.
Die vorliegende Erfindung überwindet die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik und sieht ein vielseitiges und relativ einfaches Verfahren und System zur Verwendung von elektromagnetischer Energie variabler Frequenz zur Behandlung verschiedener Flüssigkeiten und zur Verhütung oder Rückbildung von Rost oder Kesselstein verschiedener mit Flüssigkeit in Berührung stehender Oberflächen vor. Grundsätzlich schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Feststellung der optimalen elektromagnetischen Frequenz, die bei der elektromagnetischen Behandlung einer Flüssigkeit verwendet werden soll, wobei die optimale Frequenz eine Funktion der jeweiligen atomaren und/oder molekularen Substanz ist, die in der behandelten Flüssigkeit vorhanden ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um qualitativ und/oder quantitativ die Bildung verschiedener chemischer Verbindungen innerhalb der Flüssigkeit oder an den mit Flüssigkeit in Berührung stehenden Oberflächen zu verändern.
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein elektromagnetisches Behandlungsverfahren für eine Flüssigkeit, die in einem System enthalten ist, mit den folgenden Schritten vorgesehen:
a) Erzeugen eines elektromagnetischen Signals bei einer Frequenz, die sich auf das Absorption/Emissions-Profil der Flüssigkeit bezieht; und
b) Richten des elektromagnetischen Signals durch einen leitenden Meßfühlers (Sonde) in die Flüssigkeit, die in dem System enthalten ist, an einem vorausgewählten Ort, wobei der leitende Meßfühler in elektrischem Kontakt mit der Flüssigkeit ist.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein System zur elektromagnetischen Behandlung einer Flüssigkeit vorgesehen, das enthält:
eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Signals mit seiner vorgewählten Frequenz, die in Relation zum Absorption/Emissionsprofil der Flüssigkeit steht; und
eine Einrichtung zum operativen Verbinden der Erzeugungseinrichtung mit der Flüssigkeit durch eine leitende Sonde in elektrischem Kontakt mit der Flüssigkeit.
In dem Verfahren werden elektromagnetische Signale bekannter Stromstärke und variierender Frequenz zunächst in ein Flüssigkeitssystem, wie ein Wasserkessel, ein Heißwassertank, ein industrielles Wassersystem oder dergleichen, eingeführt. Die Stromstärke der Signale kann dann an einem getrennten Ort in einiger Entfernung von den Punkten, an den die Signale eingeleitet werden, gemessen werden. Wenn die Signalfrequenz variiert wird, wird die Stromstärke, die an dem getrennten Ort gemessen wird, typischerweise über und unter die bekannte Stromstärke der Signale variieren. Solche gemessenen Variationen der Stromstärke relativ zu den entsprechenden Variationen der Signalfrequenz stellen ein "Profil" der Energieabsorptions und/oder Emissionscharakteristiken der jeweiligen atomaren oder molekularen Substanz dar, die in der Flüssigkeit gelöst oder suspendiert ist. Die Frequenzen, bei denen maximale Absorption und maximale Emission beobachtet werden - oder jede andere ausgewählte Frequenz - können dann allein oder austauschbar für die nachfolgende elektromagnetische Behandlung der Flüssigkeit verwendet werden.
Die Beziehung zwischen der Stromabsorption und/oder -Emission und der Frequenz des Signals kann periodisch neu bestimmt werden. Basierend auf solchen neuen Bestimmungen, können Änderungen in der Behandlungsfrequenz im Laufe der Behandlungsperiode durchgeführt werden. Solche periodische Optimierung der Behandlungsfrequenz stellt sicher; daß die effektivste Anti-Kesselstein-Wirkung während der laufenden Behandlung aufrechterhalten wird.
Anfängliche Testsignale können mit irgendeiner Art eines elektromagnetischen Generators variabler Frequenz erzeugt werden, der in der Lage ist, Signale in den effektiven Frequenzbereichen zu erzeugen. Ein breiter Bereich (z.B. 0,1 Khz bis 1000 Mhz) ist im allgemeinen für wasserenthaltene Systeme ausreichend. Signalgeneratoren mit engeren Frequenzbereichen wie z.B. 0,1 Khz bis 100 Mhz oder 0,1 Khz bis 500 Mhz können selbstverständlich verwendet werden, abhängig von dem Gehalt der Flüssigkeit an gelösten Stoffen und der jeweiligen spezifischen Anwendung. Die elektromagnetischen Signale, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden mit Hilfe von Sonden appliziert, die direkt in die Flüssigkeit eintauchen, oder mit Hilfe von Anschlußpunkten, die auf mit der Flüssigkeit in Berührung stehenden Oberflächen angeordnet und in der Lage sind, das Signal in die Flüssigkeit zu übertragen. In großen Installationen wie industriellen Kesseln und dergleichen können Vielfachsonden oder -anschlußpunkte verwendet werden, um sicher zu stellen, daß die Signale einheitlich durch die ganze Installation übertragen werden.
Die Stromstärkemessungen können mit jedem Strommeßgerät durchgeführt werden, das in den anwendbaren Bereichen messen kann. Die Verwendung eines Oszilloskops kann von Vorteil sein, wenn Visualisierung der Wellenform gewünscht wird, jedoch wird ein einfaches Milliamperemeter normalerweise ein annehmbares Strommeßgerät für die vorliegende Erfindung darstellen.
In Übereinstimmung mit einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Meßgerät, sei es ein Oszilloskop, Milliamperemeter oder ein anderes Gerät, aus dem System weggelassen werden. In so einem Ausführungsbeispiel erzeugt der Generator ein Signal mit der annähernd optimalen Frequenz für den gewünschten Behandlungseffekt der Flüssigkeit. Diese Arbeitsweise kann in Situationen durchgeführt werden, wo eine bekannte Frequenz in anderen ähnlichen Systemen verwendet worden ist, und auf diese Weise dauernde Messungen, Neubestimmungen und Neueinstellungen der Behandlungsfrequenz zu unterlassen, reduziert nicht wesentlich die Wirksamkeit des Systems.
Der Mechanismus, mit dem die vorliegende Erfindung funktioniert, ist wenigstens teilweise auf der Basis der Theorie der Quantenelektrodynamik erklärbar. Im allgemeinen betrifft die quantenelektrodynamische Theorie die Art und Weise, in der elektromagnetische Felder mit Atomen und Molekülen wechselwirken, sowie die resultierenden Wechselwirkungen zwischen Molekülen. Die Theorie der Quantenelektrodynamik ist teilweise auf der Beziehung aufgebaut, die zwischen der Energie eines Lichtquantums, dem Photon, und der Frequenz jedes elektromagnetischen Feldes besteht, das mit jenem korrespondiert. In der Anwendung von Quantenelektrodynamik auf die vorliegende Erfindung muß in Betracht gezogen werden, daß es bekannt ist, daß dynamische elektromagnetische Felder mit verschiedenen geladenen Partikeln in Wechselwirkung treten, die Konstituenten von Atomen und Molekülen darstellen (z.B. Elektronen). Als Resultat bringt das äußere Anlegen eines elektromagnetischen Feldes verschiedene Störungen in internen Feldern, die für die jeweilige atomare oder molekulare Struktur und die Wechselwirkungen der darin enthaltenen geladenen Partikel verantwortlich sind. Somit wird, abhängig von der vorhandenen atomaren oder molekularen Substanz, die Energieabsorption/Emissionscharakteristik einer Lösung sich verändern, wenn die Frequenz des äußeren elektromagnetischen Feldes verändert wird. Durch Einstellen der Frequenz eines von außen angelegten elektromagnetischen Signals zum Aufrechterhalten eines speziellen gewünschten Niveaus von Absorption oder Emission in einer Lösung oder Suspension, können die beabsichtigten Effekte des elektromagnetischen Felds optimiert werden. Entsprechend ist ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung das Bereitstellen eines Verfahrens und Systems zur Behandlung von Flüssigkeit mit einem elektromagnetischen Signal, dessen Frequenz festgestellt wurde als entsprechend einem gewünschten Niveau von Absorption oder Emission von Energie durch die jeweilige atomare oder molekulare Substanz, die in der Flüssigkeit enthalten ist. In den meisten Fällen wird die gewünschte Behandlungsfrequenz diejenige Frequenz sein, bei der maximale Stromabsorption beobachtet wird.
Es ist weiter ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Optimieren der Wirksamkeit verschiedener elektromagnetischer Flüssigkeitsbehandlungsgeräte zu erzielen, indem ein Verfahren zum Betrieb solcher Geräte mit Frequenzen vorgesehen ist, die spezifisch so bestimmt sind, daß sie optimale Absorption oder Emission von Energie durch die jeweilige atomare und molekulare Substanz erzielen, die im Wasser oder anderen behandelten Flüssigkeiten enthalten ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein geeignetes Verfahren und System zur Änderung, Rückbildung und/oder Entfernung von bestehendem Rost und/oder Kesselstein von Oberflächen zu schaffen, die mit Flüssigkeit in Berührung stehen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein frequenzoptimiertes elektromagnetisches Flüssigkeitsbehandlungsverfahren anzugeben, das wirksam ist zur Verhütung, Verhinderung oder Rückbildung der Bildung von Rost und Kesselstein auf mit Flüssigkeit in Berührung stehenden Oberflächen, unabhängig davon, ob die Flüssigkeit statisch bleibt oder in dem System fließen kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zu schaffen, das in Anwendungen verwendet werden kann, wo die ungefähre Frequenz oder effektive Frequenz für die gegebene gewünschte Behandlung bekannt ist, und Messen und Einstellen unnötig sind.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden Fachleuten deutlich bei Betrachtung der beigefügten Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und der Beispiele, die folgen.
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielsweise näher beschrieben, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die enthalten:
Figur 1 ist ein Flußdiagramm, das ein bevorzugtes Verfahren nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Figur 2 ist ein schematisches Diagramm eines bevorzugten Systems der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 ist eine diagrammatische Darstellung des experimentellen Systems, das hier als Beispiel 1 beschrieben ist.
Figur 4 ist eine diagrammatische Darstellung des experimentellen Systems, das hier als Beispiel 2 beschreiben ist.
Figur 5 ist eine diagrammatische Darstellung des experimentellen Systems, das hier als Beispiel 3 beschrieben ist.
Figur 6 ist eine diagrammatische Darstellung des experimentellen Systems, das hier als Beispiel 4 beschrieben ist.
Figur 7 ist eine diagrammatische Darstellung des experimentellen Systems, das hier als Beispiel 5 beschrieben ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen für den Zweck der Veranschaulichung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und nicht für den Zweck der Begrenzung der Erfindung vorgesehen sind, zeigt Figur 1 ein bevorzugtes Flüssigkeitsbehandlungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung im Form eines Blockdiagramms, das zum Zweck der Erläuterung ein Wasserbehandlungssystem enthält. Der Anfangsschritt der Eingabe von Testsignalen 10 variierender Frequenz kann abhängig von dem gewünschten Frequenzbereich durch eine Vielzahl von Einrichtungen vorgenommen werden, die elektromagnetische Energie erzeugen können. Es ist jedoch typischerweise bevorzugt, einen Signalgenerator zu verwenden, der in der Lage ist, elektromagnetische Energie im Radiofrequenzband zu erzeugen. Dieser Frequenzbereich ist im allgemeinen ausreichend, um ein brauchbares Absorptions/Emissionsprofil für die meisten Wassersysteme zu entwickeln. Das Signalerzeugungsgerät ist direkt mit dem zu behandelten Wasser verbunden. Der Ausdruck "Absorptions/Emissionsprofil" wie hier verwendet bedeutet einen visuellen oder aufgezeichneten Überblick der Absorptions- und Emissionscharakteristiken der behandelten Flüssigkeit für jedes der Testsignale, die von dem Generator erzeugt werden.
Der zweite Schritt der Messung von Stromstärke an einem entfernten Ort 12 wird durchgeführt durch Verbindung irgendeines geeignet geeichten Strommeßgerätes mit einem Punkt im System, wo es direkt oder indirekt die Stromstärke des Signals in dem zu behandelnden Wasser messen kann. Das Wasser zwischen den Punkten, an denen die Testsignale 10 vorgesehen sind, das ist der "Signalanlegepunkt", und der entfernte Ort, an dem die Stromstärke gemessen wird, d.h. der "Strommeßpunkt", sollte zusammenhängend und nicht unterbrochen sein. Geschlossene Ventile oder große, mit Luft gefüllte Leerräume in dem Wasser können das Signal unterbrechen und zu verzerrten oder fehlerhaften Stromstärkemessungen führen. Das Wasser zwischen dem Signalanlegepunkt und dem Strommeßpunkt kann entweder stehen oder fließen, vorausgesetzt, daß Konsistenz, d.h. eine stationäre Bedingung, aufrechterhalten wird. Obwohl jede beliebige Type von Gerät, das in dem relevanten Bereich die Stromstärke messen kann, verwendet werden kann, verwendet das bevorzugte Ausführungsbeispiel ein Oszilloskop, wobei die Wellenform des Signals visualisiert werden kann und zusätzliche Wellenformmessungen nach Bedarf gemacht werden können. In vielen Fällen wird ein einfaches Milliamperemeter ein geeignetes Instrument zur Messung der Stromstärke an dem entfernten Ort 12 sein. Der an dem entfernten Ort gemessene Strom wird variieren, wenn die Frequenz des Testsignals sich ändert. Solche Stromvariationen relativ zur Signalfrequenz zeigen die Absorption oder Emission von Energie durch die atomare oder molekulare Substanz an, die in dem Wasser vorhanden ist. Somit wird die gemessene Stromstärke relativ zu den entsprechenden Testsignalfrequenzen ein Absorption- /Emissionsprofil 14 erzeugen. Ein solches Profil wird in den meisten Fällen sich über einen Frequenzbereich von ungefähr 1 KHz bis 100 MHz erstrecken, jedoch kann jeder anwendbare Frequenzbereich verwendet werden.
Nachdem das Absorption-/Emissionsprofil erzeugt worden ist, ist der nächste Schritt die Auswahl der Behandlungsfrequenz 16. In den meisten Fällen ist es wünschenswert, diejenige Frequenz auszuwählen, bei der die maximale Stromabsorption beobachtet wird. Dies wird als die Maximalabsorptionsfrequenz bezeichnet. Es sollte jedoch gewürdigt werden, daß es in besonderen Fällen wünschenswert sein kann, die beobachtete maximale Emissionsfrequenz oder irgendeine andere Behandlungsfrequenz auszuwählen, deren Auswahl auf der Basis von vorher erzeugten Absorptions-/Emissionsprofilen durchgeführt wird.
Nach der Auswahl der Behandlungsfrequenz wird ein elektromagnetischer Signalgenerator so eingestellt, daß er ein Behandlungssignal mit der ausgewählten Frequenz 18 erzeugt. Üblicherweise wird ein einziger Signalgenerator variabler Frequenz verwendet, um die Testsignale 10 sowie die nachfolgenden statischen Frequenzbehandlungssignale 18 zu erzeugen.
Nachdem das Wasser für eine angemessene Zeitdauer behandelt worden ist, kann die Bedienungsperson wahlweise die Schritte 10 bis 14 wiederholen, und dadurch periodisch die Absorptions-/Emissionsprofildaten zu regenerieren. Wenn solche neu erzeugten Absorptions-/Emissionsprofildaten eine stattgefundene Änderung in den maximalen Absorptions- oder Emissionsfrequenzen anzeigen, kann die Behandlungsfrequenz entsprechend adjustiert werden.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, bei dem das System der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um ein industrielles Kesselsystem zu behandeln. Das System enthält einen Kondensattank 14, einen Kessel 42, und einen Wärmeaustauscher 44. Eine Wasserleitung 46 verbindet den Auslaß 48 des Kondensattanks 40 mit dem Einlaß 50 des Kessels 42. Eine Übergabepumpe 52 ist in der Wasserleitung 46 angeordnet, um Wasser vom Kondensattank 40 in den Kessel 42 zu pumpen. Eine Dampfleitung 54 verbindet den Dampfauslaß 56 des Kessels 42 mit dem Einlaß 58 des schraubenlinienförmigen Wärmeaustauschers 44. Der Dampf kondensiert in dem Wärmeaustauscher und eine Kondensatleitung 60 führt das Kondensat vom Auslaß 62 des Wärmeaustauschers 44 zum Einlaß 64 des Kondensattanks 40. Somit umfaßt das betrachtete Erhitzersystem eine geschlossene kontinuierlich rezirkulierende Heißwasserkesselanordnung.
Ein elektromagnetischer Generator 70 variabler Frequenz ist mit drei separaten Signalausgangssonden verbunden. Eine erste Sonde 42 ist in der Kondensatleitung 60 angeordnet, eine zweite Sonde 74 erstreckt sich durch die Wand des Kondensattanks 40, und eine dritte Sonde 76 ist in der Wasserleitung 46 angeordnet.
Ein Milliamperemeter 78 ist so angeordnet, daß es in operativem Kontakt mit dem Wasser steht, das in dem Kessel 42 zirkuliert, wobei ein Mittel zur Messung der Stromstärke eines elektromagnetischen Signals gegeben ist, das von dem Signalgenerator 70 geliefert und in das Wasser durch Sonden 72, 74 und 76 eingeleitet wird. Natürlich kann ein Oszilloskop oder irgendein anderes Strommeßgerät für diesen Zweck verwendet werden.
Wenn die Frequenz des elektromagnetischen Signals, das vom Generator 70 abgegeben wird, variiert wird, kann das entsprechende Absorptions- /Emissionsprofil auf der Basis des mit dem Milliamperemeter 78 gemessenen Stromes bestimmt werden, relativ zu der variierten Frequenz des elektromagnetischen Signals. Durch ein solches Verfahren kann ein komplettes Absorptions-/Emissionsprofil für das System bestimmt werden, und die Signalfrequenz, die die maximale Absorption oder Emission von Energie erzeugt, kann festgestellt werden.
Eine Anzahl von Experimenten wurden durchgeführt zum Zwecke der Einschätzung und Demonstration der Wirkung verschiedener Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Die Einzelheiten einiger solcher Experimente sind in den folgenden Beispielen und den dazu entsprechenden zusätzlichen Zeichnungen beschrieben.

Beispiel 1

Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Zwei ausgeschnittene Sektionen von schwer mit Kesselstein überzogenem Rohr, bezeichnet mit A und B, wurden von einem kommerziellen Kessel entfernt. Plexiglasböden 100, 102 wurden mit Silikonzement an einem Ende jeder Rohrsektion befestigt, wodurch separate, oben geöffnete zylindrische Behälter mit wasserdichten Böden entstanden. Eine Zündkerze 104 wurde durch die Wand des Behälters A eingeführt, so daß sie voll durch die Behälterwand ragt. Sowohl Behälter A als auch B wurden mit Leitungswasser gefüllt. Ein elektromagnetischer Generator 106 variabler Frequenz von 0 bis 50 MHz wurde an die Zündkerze 104 angeschlossen. Ein Oszilloskop 108 wurde an der ersten Rohrsektion an einem zweiten Punkt 110 in einiger Entfernung von der Zündkerze angeordnet. Eine Mehrzahl von elektromagnetischen Signalen mit 20 V (Spitze zu Spitze) und variabler Frequenz wurden der Zündkerze 104 zugeführt und die Stromstärke am zweiten Punkt 110 mit dem Oszilloskop 108 gemessen, um das Absorptions- /Emissionsprofil des Wassers festzustellen.
Auf der Basis dieses Absorption-/Emissionsprofils wurde bestimmt, daß die anfängliche maximale Absorptionsfrequenz in dem wassergefüllten Behälter A 21 ± 1 MHz war. Danach wurde der Signalgenerator auf 21 Mhz eingestellt und ein stationäres 21-MHz-Signal wurde hierauf andauernd durch die Zündkerze 104 geleitet.
Das Leitungswasser in beiden Gefäßen A und B wurde jeweils nach einem oder zwei Tagen ausgetauscht. Das Gefäß A, in das die 21 ± 1 MHz elektromagnetischen Signale eingeleitet wurden, zeigte eine ständige Abnahme des Kesselsteinbelags mit einer Rate von ungefähr 1,59 mm (1/16 inch) pro Woche, während in der unbehandelten Rohrsektion keine Abnahme von Kesselstein beobachtet wurde. Es wird daraus geschlossen, daß in diesem Experiment die elektromagnetische Behandlung bei der anfänglich bestimmten maximalen Absorptionsfrequenz wirksam war, um wesentlich die Dicke des vorher abgelagerten Kesselsteins zu reduzieren.

Beispiel 2

Es wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Der Auslaß 140 eines Heißwassererhitzers 142 wurde an eine 67 in (220 Fuß) lange Sektion eines galvanisierten Eisenrohres 144 angeschlossen. Das entgegengesetzte Ende der Rohrsektion 144 wurde mit der Einlaßleitung 148 des Heißwassererhitzers 142 verbunden. Eine Umlaufpumpe 150 wurde in der Leitung 144 angeordnet, um das Wasser kontinuierlich vom Auslaß 140 des Wassererhitzers 142 durch die gesamte Länge der Leitung 144 und wiederum in den Wassererhitzer 142 über die Einlaßleitung 148 zu rezirkulieren. Eine Zündkerze 152 wurde durch die Wand des Rohrs etwa im Mittelpunkt eingesetzt und ein elektromagnetischer Signalgenerator 154 variabler Frequenz wurde an die Zündkerze angeschlossen. Ein Milliamperemeter 146 wurde an die Leitung 144 an einem Punkt angeschlossen, der von dem Punkt, an dem die Zündkerze montiert war, einen gewissen Abstand hatte. Das System wurde mit Leitungswasser gefüllt und die Pumpe 180 in Betrieb genommen. Elektromagnetische Signale variabler Frequenz, im Bereich von 1 Khz bis 100 MHz, wurden dann durch die Zündkerze 152 geleitet, wobei das Wasser kontinuierlich durch das System zirkulierte. Ein Milliamperemeter 156 wurde verwendet zur Bestimmung des Stromabsorptions-/Emissionsprofils des Wassers. Die maximale Absorptionsfrequenz wurde bei 28,5 MHz festgestellt. Danach wurde der Signalgenerator 154 so eingestellt, daß er ein Signal mit der vorher bestimmten maximalen Absorptionsfrequenz von 28,5 MHz erzeugte, für einen Zeitraum von 7 Tagen, in dem die Umlaufpumpe kontinuierlich lief. Gewisse Mengen von Zusatzwasser, die jeweils etwa 10 % des Systemvolumens umfaßten, wurden jeden Tag durch ein Wassereinlaßventil 155 dem System zugeführt, das in der Einlaßleitung 148 des Wassererhitzers 142 angeordnet war.
Vor dem Experiment war festgestellt worden, daß sichtbarer Kesselstein von ungefähr 3,18 mm (1/8 inch) an der inneren Oberfläche des Heißwassererhitzertanks 142 abgeschieden war. Nach 7 Tagen der frequenzoptimierten Behandlung durch die vorliegende Erfindung waren die vorher mit Kesselstein überzogenen Wassererhitzeroberflächen im wesentlichen kesselsteinfrei.

Beispiel 3

Es wird auf Fig. 5 Bezug genommen. Eine Sektion von galvanisiertem Rohr 200 mit ungefähr 3,18 mm (1/8 inch) von Kesselstein, der auf der inneren Oberfläche abgeschieden war, wurde aus einem bestehenden Kesselsystem entfernt. Die Sektion des Rohrs 200 maß 30,48 cm (12 inch) in der Länge und ungefähr 19,05 mm (3/4 inch) im Durchmesser. Die entfernte Rohrsektion 200 wurde mit Eisendraht 202 von der Oberseite eines mit Wasser gefüllten Eisenbehälters 42 abgehängt, so daß sie zumeist im Wasser eingetaucht war, ohne die Seiten des Behälters zu berühren. Eine Zündkerze 240 wurde durch eine Wand des Behälters eingesetzt und ein Signalgenerator 208 mit variabler Frequenz (0 bis 500 MHz) wurde an die Zündkerze angeschlossen. Der Signalgenerator wurde von einer 0 bis 40 V Gleichstromquelle 210 versorgt. Die Gleichstromquelle 210 war an der Wand 212 des Metallbehälters geerdet.
Die maximalen Absorption- und Emissionsfrequenzen wurden durch Veränderung der Frequenz des Signalgenerators 208 bestimmt, während die Stromstärke der Signale in dem Wasser unter Verwendung des Milliamperemeters 220 gemessen wurde. Die maximale Absorptionsfrequenz wurde mit 40,5 MHz festgestellt, während die maximale Emission bei 11,0 MHz beobachtet wurde. Die Behandlung wurde danach so durchgeführt, daß von Tag zu Tag zwischen der damit vorbestimmten maximalen Absorptionsfrequenz und der maximalen Emissionsfrequenz abgewechselt wurde. Nach 9 Tagen einer solchen alternierenden Behandlung maximale Absorption/maximale Emission war der Kesselstein, der an der inneren Oberfläche des Rohrs 200 beobachtet worden war, nicht mehr vorhanden.

Beispiel 4

Es wird auf Fig. 6 Bezug genommen. Zwei offene Behälter C und D wurden durch eine Sektion von galvanisiertem, 19,05 mm (3/4 inch) langem Rohr 250 verbunden, das durch die Wand jedes Containers C und D nahe dem oberen Rand lief. Die Behälter C und D wurden mit Leitungswasser gefüllt, so daß das Wasserniveau in jedem Behälter über den entsprechenden Einlaßpunkten des Rohrs 250 lag. Eine separate Polypropylenrückführleitung 252 wurde vorgesehen, um die Behälter C und D zu verbinden, und erstreckte sich durch den Boden jedes Containers. Eine Umlaufpumpe 254 wurde in der Polypropylenrückführleitung 252 angeordnet, um das Wasser vom Behälter C über die Polypropylenleitung 252 in den Behälter D und danach aus dem Oberteil des Behälters D durch das galvanisierte Verbindungsrohr 250 und wiederum in den Behälter C zu rezirkulieren.
Ein Stück unbeschichteten Eisendrahts 256 wurde in das Wasser eingetaucht, das im Behälter C vorhanden war. Plexiglasdeckel wurden über den Oberteilen der Behälter C und D befestigt, wodurch ein im wesentlichen wasserdichtes rezirkulierendes System entstand. Die Zirkulation des Leitungswassers in dem System wurde mit einer Rate von ungefähr 90 l (20 Gallonen) pro min. durch die Umlaufpumpe 254 aufrechterhalten. Zündkerzen 262, 264, 266 und 268 wurden an verschiedenen Punkten in den Wänden des Rohrs 250 und der Polypropylenrückführleitung 252 eingesetzt, wie dargestellt. Ein elektromagnetischer Generator 250 variabler Frequenz von 0 bis 50 Mhz wurde anfänglich mit der Zündkerze 262 verbunden.
Bei Abwesenheit eines Signals rostete der Draht 256 und verfärbte sich zu einer rötlich-orangen Farbe in ungefähr 3 Tagen. Wenn ein Signal von 20 MHz erzeugt und durch die Zündkerze 262 für eine Periode von 24 Stunden eingeleitet wurde, verschwand der Rost und der Draht erschien blank. Wenn die Frequenz auf 40,5 Mhz für weitere 24 Stunden geändert wurde, verfärbte sich der Draht schwarz mit Fe&sub3;O&sub4; Ablagerungen und nach weiteren 24 Stunden bei 35 MHz zeigte der Draht rote Fe&sub3;O&sub4; Niederschläge.
Das Experiment wurde dreimal wiederholt, wobei die gleichen Frequenzsignale durch jede der drei übrigen Zündkerzen 264, 266 und 268 eingeleitet wurden, und die Ergebnisse waren in jedem Fall die gleichen.

Beispiel 5

Ein besonderes Experiment wurde vorgenommen, um die Kontinuität des Signales zu testen, wenn es sich durch ein typisches industrielles Kesselsystem, wie in Fig. 7 gezeigt, fortpflanzt. Ein Wassererhitzertank 300 mit einem Auslaß 302 und einem Einlaß 304 wurde mit ungefähr 200 Fuß von galvanisiertem 35,4 mm (1 inch) Stahlrohr 306 so verbunden, daß das Rohr 306 zwischen dem Auslaß 302 und dem Einlaß 304 des Tanks 300 angeordnet war. Eine Übergabepumpe 308 wurde in der Leitung 306 angeordnet, um eine kontinuierliche Rezirkulation des Wassers vom Tank 300 durch das Rohr 306 und zurück in den Tank 300 durchzuführen. Ein mit Ventil versehener Ablauf 310 war auch an der Basis des Rohrs 306 angeordnet, und Zweiwegventile 312, 314 wurden an entgegengesetzten Enden des Rohrs 306 angeordnet.
Der Kessel 350 besaß einen Wassereinlaß 352 und einen Dampfauslaß 354. Eine Dampfleitung 356 war mit dem Dampfauslaß 354 des Kessels 350 verbunden und mit einem schraubenlinienförmigen Kondensator 358. Das Auslaßende des Kondensators 358 wurde mit einer Kondensatleitung 360 verbunden. Die Kondensatleitung 360 wurde mit der Leitung 306 mit Hilfe einer T-Verbindung verbunden. Ein Zweiwegventil 362 wurde in der Leitung 360 angeordnet, um eine Kontrolle des Kondensatflusses durch die Leitung 360 in das Rohr 306 zu gestatten. Eine erste Zündkerze 380 wurde durch die Wand des Rohrs 306 eingesetzt, während eine zweite Zündkerze 382 in den wasserenthaltenden Tankteil des Kessels 350 eingesetzt wurde.
Ein elektromagnetischer Zweikanal-Generator 384 wurde im Betrieb mit den Zündkerzen 380 und 382 verbunden. Ein erstes Signal (Signal A) wurde vom Kanal 1 des Generators 354 ausgesandt und durch die Zündkerze 380 geleitet, während ein zweites Signal (Signal B) vom Kanal 2 des Generators 384 ausgesandt und durch die Zündkerze 382 geleitet wurde. Ein erstes Oszilloskop 386 war mit dem annähernden Mittelpunkt der Dampfleitung 356 verbunden, während ein zweites Oszilloskop 388 mit dem Kaltwassereinlaß 290 des Wassertanks 300 verbunden war. Der Wassertank 300 und die Wasserleitung 306 waren dauernd mit rezirkulierendem Wasser gefüllt. Somit wurde das Signal A direkt über die Zündkerze 380 in das durch das Rohr 306 fließende Wasser eingeleitet.
Signal A wurde empfangen und dargestellt durch ein Oszilloskop A mit keiner Änderung der Frequenz, jedoch war eine Abnahme der Amplitude zwischen 10 und 100 % beobachtet worden. Eine solche Abnahme der Amplitude war frequenzabhängig. Bei Frequenzen von 10&sup7; MHz und darüber verlor das Signal A, wie vom Oszilloskop A überwacht, geringe Signalleistung, und keine Frequenzänderung wurde beobachtet, vorausgesetzt, daß das Wasser im Tank 300 und in Leitung 306 konstant blieb und die Ventile 312 und 314 offen blieben, um kontinuierliche Rezirkulation des Wassers durch den Wassererhitzer 300 und die Leitung 306 zu gestatten.
Signal B, ausgesandt von der Zündkerze 382, die im Kessel 350 angeordnet war, wurde durch das Oszilloskop B gemessen, um die Kontinuität und Beständigkeit des Signals B zu bestimmen, wenn es durch den Kessel 350 und die angeschlossene Dampfleitung und/oder die Kondensatleitung 360 und den Kondensator 358 übertragen wurde. Signal B wurde vom Oszilloskop B intermittierend empfangen, wenn es durch die Kondensatleitungen und den Kondensator wie in 388 gezeigt, verbunden war. Wurde jedoch das Oszilloskop B mit der Dampfleitung 356 verbunden, wurde das Signal ohne Unterbrechung empfangen. In der Dampfleitung 356 wurde eine Abnahme der Signalamplitude von ungefähr 50 % festgestellt, jedoch keine Änderung in der Signalfrequenz.

Alternatives Ausführungsbeispiel

Wie oben festgestellt, muß das Milliamperemeter, Oszilloskop oder andere Strommeßgerät nicht verwendet werden in Situationen, wo bekannte oder anderweitig konsistente Bedingungen existieren. Z.B. werden in kommerziellen Waschanlagen Kessel verwendet. Eine Frequenz von ungefähr 40 MHz wurde als nützlich gefunden, um solche Kessel zu behandeln. Daher kann man, anstatt die Meß- und Einstellgeräte vorzusehen, ein 40 MHz Signal bei solchen Kesseln verwenden, wodurch die Kosten und die Komplexität des Systems minimiert werden. Wenn gewünscht, kann man Stichproben durchführen, um sicherzustellen, daß keine dramatischen Abweichungen von den gewünschten Betriebscharakteristiken und Ergebnissen auftreten. Dies kann geschehen durch Anordnung eines Meßgerätes an dem Kessel wie oben beschrieben, und Durchführung der oben beschriebenen Meßschritte, oder durch die Entnahme von Proben der Flüssigkeit, die behandelt wird, für eine Testeinrichtung zur Bestimmung, ob wesentliche Änderungen das Absorption-/Emissionsprofil beeinflußt haben.
Fig. 2 zeigt angemessen so ein System, wenn z.B. das Millamperemeter 78 entfernt wird. Es können eine oder mehrere Sonden 72, 74, 76 auch in diesem Fall verwendet werden, um die Energie in die Flüssigkeit einzubringen.
Das System der vorliegenden Erfindung kann auch für die Schockbehandlung eines Systems, z.B. eines Waschwasserkessels, verwendet werden. Durch wiederholtes Aktivieren und Deaktivieren des Generators oder durch Umkehren der Signalpolarität (oder Phase) sind bemerkenswerte Effekte auf die Abbaugeschwindigkeit von Kesselstein beobachtet worden.

Claims

1. Elektromagnetisches Behandlungsverfahren für eine Flüssigkeit, die in einem System enthalten ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Erzeugen eines elektromagnetischen Signales bei einer Frequenz, die sich auf das Absorptions/Emissions-Profil der Flüssigkeit bezieht; und

b) Richten des elektromagnetischen Signales durch einen leitenden Meßfühler in die Flüssigkeit, die in dem System enthalten ist, an einem vorausgewählten Ort, wobei der leitende Meßfühler in elektrischem Kontakt mit der Flüssigkeit ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Erzeugen des Signals ein operatives Verbinden eines elektromagnetischen Generators variabler Frequenz mit der Flüssigkeit durch den leitenden, in elektrischem Kontakt mit der Flüssigkeit befindlichen Meßfühler umfaßt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die gewählte Frequenz aus dem Bereich von 0,1 kHz bis 1000 MHz ausgewählt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die gewählte Frequenz aus dem Bereich von 0,1 kHz bis 500 MHz ausgewählt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die gewählte Frequenz aus dem Bereich von 0,1 KHz bis 100 MHz ausgewählt wird.

6. Elektromagnetische Behandlungseinrichtung für eine Flüssigkeit, die aufweist:

eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Signales bei einer vorausgewählten Frequenz, die mit dem Absorptions/Emissions-Profil der Flüssigkeit in Beziehung steht; und

eine Einrichtung zum operativen Verbinden der erzeugenden Einrichtung mit der Flüssigkeit durch einen leitenden Meßfühler in elektrischem Kontakt mit der Flüssigkeit.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Signal intermittierend in die Flüssigkeit gerichtet wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Signal kontinuierlich in die Flüssigkeit gerichtet wird.